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分布式后压浆灌注桩承载特性试验研究

分布式后压浆灌注桩承载特性试验研究

作者：钱晓楠东南大学

学位级别：硕士

钻孔灌注桩因其单桩承载力高、适应性强、施工简便等诸多特点而得到广泛应用,然而其施工工艺带来的桩端沉渣、桩侧泥皮等缺陷极大的影响了桩基承载力的发挥,且对控制桩基沉降变形造成不利影响。后压浆技术因其改善效果显著、工艺简练、... 详细信息

钻孔灌注桩因其单桩承载力高、适应性强、施工简便等诸多特点而得到广泛应用,然而其施工工艺带来的桩端沉渣、桩侧泥皮等缺陷极大的影响了桩基承载力的发挥,且对控制桩基沉降变形造成不利影响。后压浆技术因其改善效果显著、工艺简练、施工便捷等特点而被普遍认为是改善上述问题,提高桩基承载力的有效手段。当前后压浆技术应用范围已从中、小直径桩发展到大直径、深长桩,与之对应的压浆类型也从单纯的桩端(侧)后压浆发展至桩端桩侧组合式后压浆、分布式后压浆等。然而,目前分布式后压浆的工程实践要领先于理论研究,关于分布式后压浆工艺的加固机理以及分布式后压浆桩的承载机制、荷载传递规律等尚缺乏系统的研究。本文将通过模型试验、理论验证、现场原位试验等手段对大直径分布式后压浆桩承载特性及其优势进行深入研究,主要工作及成果如下:(1)利用单片机和电磁阀门等装置设计制作了一套能够精确控制压浆量的模型试验装置。通过开展模拟现场分布式压浆的模型试验以及18组大型接触面直接剪切试验,探究了不同工况下后压浆桩-土接触界面剪切应力-剪切位移关系,分析了不同压浆参数对桩土接触界面的改善效果,基于双曲线函数模型建立了分布式后压浆桩-水泥土-砂土界面的剪切力学模型。(2)基于大量接触面直剪试验结果,分析得出后压浆有效提高了接触界面的极限剪切强度及初始剪切刚度,抗剪强度增强系数介于1.16～2.91之间。不同压浆量下桩土接触面法向应力-极限剪切应力关系仍遵循摩尔库伦准则,且增大压浆量能显著提高接触面等效黏聚力,较同等条件未压浆情况下提高了5.8～18.8倍,而等效内摩擦角变化不明显。在其他条件相同的情况下,接触界面的抗剪强度随法向应力的增大而明显提高。在较大法向应力条件下通过增大压浆量来提高接触界面的抗剪强度的效果逐渐减弱。(3)通过开展分布式后压浆、常规桩侧后压浆两种压浆类型的浆液扩散可视化模型试验,探明了两种压浆方式浆液固结体的成形机制、采用数字图像互相关技术分析了压浆过程中浆液的扩散规律以及桩周土体位移变形情况,从宏、细观的角度揭示了分布式后压浆在提高桩基承载力方面的优势。基于幂律型浆液的黏度时变特征,对经典的浆液扩散理论公式进行了修正,并用修正后的扩散公式验证了该试验的合理性与可靠性。(4)基于现场试验的两根后压浆试桩静载试验结果,研究了不同压浆类型对桩基承载性状的影响,比较分析了分布式后压浆在改善桩基承载性能方面的优势。压浆后,分布式后压浆桩极限承载力提高了52.2%,要优于相似条件下组合式后压浆桩。分布式后压浆桩、组合式后压浆桩桩端阻力得到了显著提高,桩端沉渣和虚土问题得到了明显改善。压浆后,桩侧土体强度与刚度得到明显提高,进一步提高了桩侧摩阻力的发挥程度。在土层和埋深条件相似的情况下,分布式后压浆桩侧阻增强系数要略大于组合式后压浆桩,且总体上试桩侧阻增强系数随深度的增加而逐渐提高。(5)实践表明,分布式后压浆因其小间距、多断面、高密次、多深度压浆等特点使得其桩侧浆液分布更均匀、覆盖更完善。在地质条件及压浆情况相似的情况下,分布式后压浆对改善桩基承载特性的效果更为显著。

关键词：灌注桩后压浆分布式后压浆承载特性大型直接剪切试验压浆可视化试验桩-土界面力学特性

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基于分布式后压浆的灌注桩承载力试验研究

地下空间与工程学报 2022年第S02期18卷 689-695页

作者：陈祉阳龚维明靳朋刘朱建民陈新奎南京东大自平衡桩基检测有限公司南京211164 东南大学土木学院南京211189 南京东土建设科技有限公司南京211164

介绍了一种灌注桩分布式后压浆工艺及实现方法,相比于传统后压浆工艺,分布式压浆工艺利用声测管实现桩端、桩侧组合压浆,解决了传统后压浆装置出浆口断面间距大、压浆孔开塞率低及浆液分布不均匀等问题,提高了浆液利用率,实现了声测管... 详细信息

介绍了一种灌注桩分布式后压浆工艺及实现方法,相比于传统后压浆工艺,分布式压浆工艺利用声测管实现桩端、桩侧组合压浆,解决了传统后压浆装置出浆口断面间距大、压浆孔开塞率低及浆液分布不均匀等问题,提高了浆液利用率,实现了声测管的一管两用,极大减少了后压浆预埋管数量,提升了施工效率。基于河南省安罗高速黄河特大桥项目3根大直径灌注桩,利用桩基自平衡承载力测试法开展压浆前后承载力试验,对比研究了不同压浆工艺对桩基承载力提升的影响,结果表明:分布式压浆工艺在同等压浆量的情况下承载力提升优于传统压浆;分布式后压浆工艺相比传统后压浆工艺,施工更为便捷,浆液分布更均匀、浆液利用率更高,更加适用于大直径超长灌注桩的后压浆施工。

关键词：分布式后压浆传统环管后压浆自平衡测试位移特性基桩承载力

黏性土中分布式桩侧后压浆桩水平承载机制试验研究

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土木工程学报 2023年第2期56卷 80-91页

作者：万志辉戴国亮周峰徐艺飞高鲁超胡涛南京工业大学江苏南京211816 东南大学江苏南京211189

通过在黏性土中开展未压浆桩、环向点式后压浆桩、分布式后压浆桩的水平静载模型试验对比研究,探究分布式后压浆对黏性土中桩基水平承载性状的影响,基于开挖试验分析浆液在黏性土中的扩散情况,揭示分布式后压浆水平受荷桩-土相互作用机... 详细信息

通过在黏性土中开展未压浆桩、环向点式后压浆桩、分布式后压浆桩的水平静载模型试验对比研究,探究分布式后压浆对黏性土中桩基水平承载性状的影响,基于开挖试验分析浆液在黏性土中的扩散情况,揭示分布式后压浆水平受荷桩-土相互作用机制。结果表明,桩侧后压浆可大幅度提升黏性土中桩基水平承载力,且分布式后压浆对提高黏性土中桩基水平承载能力优于环向点式后压浆;在相同荷载条件下分布式后压浆桩的桩侧土水平抗力系数的比例系数m值大于环向点式后压浆桩,且均大于规范推荐的未压浆桩m值的取值范围,并给出了软塑状黏土中桩侧后压浆钢管桩m值的推荐取值范围为3.1~3.7MN/m^(4);与环向点式后压浆相比,分布式后压浆可以更有效地增强上部桩周土体强度,改善桩身荷载传递规律及弯矩分布特征,且对控制桩身侧向位移与提高桩侧土抗力更为显著。此外,通过开挖试验与水平承载机制分析得出浆液在黏性土中主要以劈裂方式扩散,而分布式后压浆桩注入的浆液沿着桩身更为均匀地覆盖外侧表面,使其形成了更为稳定的桩-土相互作用体系,进而提高了桩基水平承载能力。

关键词：黏性土桩侧后压浆桩分布式后压浆水平承载特性桩-土体系相互作用

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深厚卵石层后压浆灌注桩承载性能研究

桥梁建设 2023年第S01期53卷 31-37页

作者：周霄王铖铖刘新华徐欣湖北交投实业发展有限公司湖北武汉430056 中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056

为研究深厚卵石层后压浆灌注桩的承载性能,以湖北观音寺长江大桥为背景,通过现场自平衡静载试验进行后压浆灌注桩承载性能研究。采用分布式后压浆技术,通过试桩现场试验获取压浆前、后深厚卵石层桩土接触界面桩侧摩阻力τ~桩土相对位移... 详细信息

为研究深厚卵石层后压浆灌注桩的承载性能,以湖北观音寺长江大桥为背景,通过现场自平衡静载试验进行后压浆灌注桩承载性能研究。采用分布式后压浆技术,通过试桩现场试验获取压浆前、后深厚卵石层桩土接触界面桩侧摩阻力τ~桩土相对位移s、桩端阻力q u~桩端位移s u关系曲线,揭示后压浆对桩土接触界面剪切力学特性的影响,通过压浆前、后的桩侧、桩端初始刚度变化揭示压浆效应对深厚卵石层桩基承载能力增强的作用机理。结果表明:卵石层灌注桩采用分布式后压浆可以有效提高桩基的极限承载力,减小桩顶沉降;压浆后灌注桩桩侧摩阻力、桩端承载力得到提高,桩侧、桩端初始刚度得到增强,承载性能明显改善;现场实测桩基各承载性能指标约为理论值的1.1倍;压浆后桩基各承载性能指标为压浆前的1.8~2.0倍。

关键词：桥梁工程钻孔灌注桩深厚卵石层分布式后压浆承载性能初始刚度自平衡静载试验

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桩侧后压浆大直径钢管桩水平承载特性研究

桩侧后压浆大直径钢管桩水平承载特性研究

作者：徐艺飞东南大学

学位级别：硕士

钢管桩较传统单桩具有材质性能、自重、承载力、灵活性、施工速度等方面的优势,因此被广泛应用于海洋工程。但在波浪、潮汐、飓风等长期水平荷载作用下,桩周土体会出现侧向松驰变形,削弱了桩基的水平承载性能。桩侧后压浆技术作为提升... 详细信息

钢管桩较传统单桩具有材质性能、自重、承载力、灵活性、施工速度等方面的优势,因此被广泛应用于海洋工程。但在波浪、潮汐、飓风等长期水平荷载作用下,桩周土体会出现侧向松驰变形,削弱了桩基的水平承载性能。桩侧后压浆技术作为提升桩基承载性能的可靠手段之一,兼具工艺简练、成本低廉等优点,可以弥补钢管桩水平承载性能的短板。然而,开发出与钢管桩结合度高并便于实际施工的桩侧后压浆装置与工艺仍具有一定挑战性,对桩侧后压浆钢管桩在复杂的海洋环境条件下的水平承载特性的研究仍需进一步深化。为此,本文在课题组研发出的一套适用于大直径钢管桩的桩侧分布式后压浆装置的基础上,采用模型试验、数值模拟和理论分析相结合的方法,对不同地基土、不同后压浆方式的钢管桩水平承载特性开展了深入研究,主要成果如下:(1)通过模型试验,证明自行设计、改造的分布式后压浆装置可以有效应用于钢管桩并起到明显的加固效果。(2)基于地基土为黏土的模型试验,研究了不同压浆方式对黏土中钢管桩水平承载特性的影响,结果表明:较未压浆桩,普通后压浆桩和分布式后压浆桩的水平临界荷载分别提高了20.0%和80.0%,水平极限承载力分别提高了57.1%和85.7%,相同荷载下的桩身侧向位移均有所减小,分布式后压浆对黏土中钢管桩水平承载力的提升大于普通后压浆。(3)基于地基土为砂土的模型试验,研究了不同压浆方式对砂土中钢管桩水平承载特性的影响,结果表明:普通后压浆桩和分布式后压浆桩的初始桩头刚度分别提高了42.4%和122.1%,水平临界荷载分别提高了34.5%和73.2%,水平极限承载力分别提高了65.0%和115.0%,桩侧后压浆对砂土地基中钢管桩的水平承载力有较大幅度提升,而分布式后压浆可以在普通后压浆的基础上进一步提高单桩水平承载力。(4)对比分析了黏土和砂土中不同桩型的m值变化规律,结果表明相同荷载下未压浆桩、普通后压浆桩和分布式后压浆桩的m值依次提高,在试验结果的基础上,给出了现有规范中缺失的桩侧后压浆钢管桩在软塑状黏土和中粗砂中m值的推荐值范围。(5)通过不同桩型之间桩身内力的对比发现,在黏土地基和砂土地基中,分布式后压浆可以在一定程度上解决普通后压浆造成的桩身弯矩和桩身剪力在某些位置过于集中和突变的问题,进而改善钢管桩桩身内力的分布规律。(6)基于开挖试验,研究了水泥浆液在黏土和砂土中的扩散机制,分析了桩-加固体-土体系作为一个整体协同工作的机理,结果表明:水泥浆液在黏土中主要的扩散形式为劈裂扩散,少量沿桩身外侧挤密、填充;水泥浆液在砂土中主要以压密形式扩散,在压浆孔附近形的桩侧成最大直径约8～10 cm的不规则固结体,并沿桩身形成一定厚度的加固体;与普通后压浆相比,分布式后压浆在土中的分布范围更广,与桩身、土体结合的更紧密,形成了更稳定的水泥土加固体结构。

关键词：钢管桩桩侧后压浆桩分布式后压浆水平承载特性模型试验后压浆桩-土体